一種內生鋁基復合材料鑄件制備方法與流程

本發明屬于內生鋁基材料鑄件制備
技術領域：
，特別涉及一種具有組織均勻、內生相體積分數可調和變體積分數的鋁基復合材料鑄件制備方法。
背景技術：
：隨著現代科學技術的飛速發展，人們對材料的要求越來越高。在結構材料方面，不但要求強度高，還要求其重量要輕，在航空航天領域尤其如此。金屬基復合材料正是為了滿足上述要求而誕生的。與傳統的金屬材料相比，具有較高的比強度與比剛度，而與樹脂基復合材料相比，具有優良的導電性與耐熱性，與陶瓷材料相比，又具有高韌性和高沖擊性能。鋁基復合材料具有高比強度、高比模量、高硬度、高耐磨性、耐高溫、耐沖擊、耐沖蝕、低的熱膨脹系數、良好的熱穩定性和導電導熱性，在航空航天、汽車工業、電子業等領域中具有廣闊的應用前景。由于內生復合克服了外加復合的一些不足，因此內生鋁基復合材料的研究發展較快，成為金屬基復合材料研究中的一個熱點。內生復合的基本原理是在一定條件下，通過元素之間或元素與化合物之間的化學反應，在金屬基體內原位生成一種或幾種高硬度、高彈性模量的增強相，從而達到強化金屬基體的目的。內生鋁基復合材料具有一下優點：①增強體在鋁基體上原位形核長大具有增強界面結合良好的互容性；②省去了增強物質的預處理，簡化了工藝流程，成本也相對降低；③增強相顆粒細小，往往處于微米級或微米級以下，能保證鋁基復合材料不但有良好的韌性和高溫性能，而且有很高的強度和彈性模量；④能與鑄造工藝結合，直接制造出形狀復雜，尺寸變化大的近終形產品。然而，內生鋁基復合材料鑄件存在內生相的均化問題，對于那些在長時間熔煉保溫的金屬液，已形成的內生相在金屬液內容易聚結、偏析，而且在澆注模具后慢速凝固過程中，內生相常偏析于樹枝晶間或晶粒邊界，對材料組織和性能產生不良影響。同時，內生相的體積分數，主要是通過調整材料的配方進行控制，造成工藝繁瑣，成本較高。技術實現要素：針對現有技術的不足，本發明是通過提供一種內生鋁基復合材料鑄件制備方法，實現內生鋁基復合材料鑄件組織均勻、內生相體積分數可調和變體積分數的目標，開辟制備內生鋁基金屬復合材料鑄件的新途徑。本發明的技術方案是通過以下進行實現的，具體為：一種內生鋁基復合材料鑄件制備方法，其步驟包括：第一步：合金配比；第二步：將熔點組元制備成中間合金；第三步：將中間合金破碎與低熔點組元熔煉制成母合金；第四步：將母合金熔化，注入模具中；第五步：采用加熱方式，調節加熱功率，控制加熱溫度，將母合金加熱至完全融化狀態，保溫后浸入到冷卻介質中，快速凝固成型。本發明與現有技術相比，其顯著優點是：1、首先熔煉母合金錠，然后合金錠融化在模具中成型后，最后調節內生相的體積分數分。避免常規熔煉長時間保溫過程中內生相在金屬液內聚結、偏析的問題；2、浸入冷卻介質為冷卻能力極強的液態合金，實現快速冷卻，解決了現有的金屬液注入模具緩慢冷卻過程中，內生相偏析于樹枝晶間或晶粒邊界的問題；3、通過調節加熱功率，控制加熱溫度，可以調節內生相的體積分數，與常規的通過變化配方調節內生相體積分數的方法相比，成本低、效率高；4、可以控制鑄件不同部位的溫度，實現同一試樣不同部位的內生相的體積分發生變化。附圖說明圖1是本發明實施例內生鋁基復合材料鑄件制備流程；圖2是本發明實施例內生鋁基復合材料鑄件制備原理示意圖；圖3是本發明實施例750℃內生鋁基復合材料鑄件微觀組織；圖4是本發明實施例800℃內生鋁基復合材料鑄件微觀組織。具體實施方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式的限制。結合圖1、圖2所示，圖2中，1為感應加熱裝置，2為模具，3為鑄件熔化部分，4為鑄件凝固部分，5為抽拉機構，6為冷卻液；一種內生鋁基復合材料鑄件制備方法，包括以下步驟：第一步：合金配比；根據鋁基復合材料成分配方，計算各組元質量，采用高純組元進行配比。第二步：將熔點組元制備成中間合金；首先將高熔點組元熔制成中間合金錠，以確保獲得成分均勻的中間合金；第三步：將中間合金破碎與低熔點組元熔煉制成母合金；將中間合金破碎，與低熔點組元按設計成分配比混合后放入預處理過的坩堝內，熔煉成母合金。第四步：將母合金熔化，注入模具中；將適量母合金錠表面機械打磨放入坩堝中，加熱重熔后，注入模具中。模具的幾何尺寸和形狀可根據產品的要求進行調整。第五步：采用感應線圈加熱方式加熱模具，調節加熱功率，控制加熱溫度，加熱溫度為750-950℃,保溫時間10分鐘，將母合金加熱至完全融化狀態，保溫后浸入到冷卻Ga-In-Sn液態合金中，浸入冷卻介質的速率控制在10-20mm/s，快速凝固成型。采用感應線圈加熱方式加熱模具，將模具內的合金加熱到完全融化（模具未融化）。由于內生相的固溶度與溫度相關，因此不同溫度條件下內生相的體積分數是不同的。通過調節加熱功率控制溫度，調整內生相的體積分數，浸入冷卻介質為冷卻能力極強的Ga-In-Sn液態合金，快速冷卻。實施例1(1)合金配比本發明制備內生相TiB2增強ZAlCu5MnA鋁基復合材料，高熔點組元重量百分比見表1，低熔點組元重量百分比見表2，高熔點組元與低熔點組員重量之比為4:1。表1高熔點組元重量百分比(%)組元AlCuMnTi重量/%其余4.8-5.30.6-1.00.15-0.35表2低熔點組元重量百分比(%)組元K2TiF6KBF4重量/%3466(2)母合金的制備將高熔點組元Al、Cu、Mn、Ti的表面機械打磨去掉表面的氧化皮后，按照選定/設計好的成分配比料備料，熔化獲得中間合金；第二步將去除氧化皮后的中間合金破碎，與低熔點組元K2TiF6、KBF4按設計成分配比混合后放入預處理過的坩堝內，在感應爐中熔煉成母合金。(3)試樣成型將母合金錠表面機械打磨，熔化后注入模具中。（4）快速凝固將裝有母合金的模具放入感應熔煉裝置中，調節加熱功率加熱到750℃，內生相的體積分數為10%，保溫10min，然后以15mm/s的抽拉速率浸入冷卻介質為冷卻能力極強的Ga-In-Sn液態合金。圖3為750℃快速凝固條件下，內生鋁基復合材料鑄件微觀組織掃描照片。通過圖片可以看出內生相分布均勻，不存在聚結和偏析于晶界的問題。實施例2合金配比、母合金制備和試樣成型采用與實施例1相同的制備方法，快速凝固工序中加熱溫度為800℃，內生相的體積分數為8%，見圖4。事實證明，通過調調節加熱功率，控制重熔溫度，可以調節內生相的體積分數。實施例3合金配比、母合金制備和試樣成型采用與實施例1相同的制備方法，快速凝固工序中試樣的下半部加熱到750℃，浸入冷卻介質為冷卻能力極強的Ga-In-Sn液態合金，得到內生相體積分數為10%的組織。試樣的上半部在感應加熱的區域加熱到800℃，浸入冷卻介質為冷卻能力極強的Ga-In-Sn液態合金，得到內生相體積分數為8%的組織。實現變體積分數試樣的制備。當前第1頁1 2 3